机械毕业设计（论文）-稻田筑埂机的总体设计（全套图纸）

摘 要设计课题为稻田筑埂机的总体设计，来源于生产实际。本设计主要是为减少人力劳动强度，提高工作效率。设计了一种悬挂式筑埂机，对其结构和原理进行介绍。筑埂机主体由机架、变速箱、推压埂装置和旋耕刀等部件组成。筑埂机采用旋耕刀进行取土和推压圆盘辊镇压成埂，实现一机解决取土和筑埂。并解决了筑埂质量参差不齐的问题，保证了筑埂要求，各项农艺技术指标均达到要求。本课题设计新颖，实用性强，操作简单，具有较大的农机市场前景。关键词：筑埂机；稻田；悬挂式全套图纸，加153893706Abstract The overall design project for the paddy ridger, from the actual production. This design is mainly to reduce labor intensity, improve work efficiency. A suspension type ridging machine was designed, its structure and principle are presented. Ridger body is composed of a frame, gear box, push ridge device and rotary tillage knife. Ridger to borrow and push disk roller repression into ridge using rotary blade, to achieve a machine to solve the soil and the ridging. And solve the banking problem of uneven quality, ensure the banking requirements, various technical indicators have reached the requirements of agronomy. This topic is novel in design, strong practicability, simple operation, with wide prospect of agricultural market.Keywords: paddy ridger ; paddy field; suspension type目 录摘要IAbstractII前言IV1 绪论11.1 选题的意义11.2 筑埂的农艺要求11.3 整机结构及其工作原理11.4 拖拉机的选择22 关键部件设计过程32.1 推压筑埂装置设计32.2 旋耕集土装置设计52.3 锥齿轮箱设计102.4 侧齿轮传动箱齿轮的设计与校核142.5 机架182.6 轴承的选择183 工作前的安装与调整204 筑埂机使用技术要点215 结论22参考文献23致谢24附录25IV黑龙江八一农垦大学本科毕业论文（设计） IV黑龙江八一农垦大学本科毕业论文（设计）前 言随着我国农业快速发展，劳动力紧张的问题更显突出。其中，水田的全程机械化作业，是重点研究的方向。稻田筑埂机应运而生。稻田筑埂机是一种农业机械，用于稻田的筑埂，方便,快捷，节省了大量的人力物力，是一个必要的农业机械。稻田淹灌是把稻田田地划为田格，在田格四周筑埂，灌溉后会对水层厚度有很好的保持作用，对土壤从上到下的浸润。筑埂是实现稻田灌溉的关键之处，高质量的田埂不但能节省水资源，减少水的浪费，更重要的是，还可以确保水稻对水分的需要。稻田筑埂是水稻生产过程中的整地环节，同时也是水稻生产机械化的重要环节。筑埂机由机架、旋耕集土装置、推压筑埂装置和变速箱等组成。推压筑埂装置是由锁紧螺丝固定在安装座上，安装座是由U型螺丝固定在机架上；推压筑埂装置是用焊接的方式固定在轴上，轴是通过带座轴承连接到机架上的。机架上焊接有牵引架。筑埂机是通过牵引架与拖拉机三点悬挂连接。拖拉机向前行驶，筑埂机前头的旋耕集土装置首先入土翻耕，将土推向机架中间，进入后面的推压筑埂装置的筑埂范围；将大量的土培植成土埂。推压筑埂装置跟着转动，对土埂进行成型压实。一次进地，就可以实现筑埂的作业，筑出的田埂结实规整，满足各项农艺要求。1 绪论1.1 选题的意义设计课题为稻田筑埂机的总体设计，来源于生产实际。本设计主要是为减少人力劳动强度，提高工作效率。设计出一种悬挂式稻田筑埂机，对该机械结构和工作原理进行介绍。筑埂机主体由机架、变速箱、推压埂装置和旋耕刀组成。本课题设计新颖，实用性强，操作简单，具有较大的农机市场前景。1.2 筑埂的农艺要求筑埂机所筑田埂高度为250300 mm，埂底宽度为400600 mm，埂顶宽度为250350 mm，坡度系数0.60.85，土壤坚实度为80110kPa，作业时间为每年4 月中旬或9 月下旬，取土后沟渠深度小于100 mm。1.3 整机结构及其工作原理悬挂式稻田筑埂机是一种专门用在稻田筑埂的农业机具，主要是由推压筑埂装置、旋耕集土装置、传动系统、机架等构成。其中推压筑埂装置、旋耕集土装置是最主要的工作部件，结构如图 1-1 所示。 1. 传动轴 2. 侧齿轮箱 3. 万向节 4. 推压筑埂装置 5. 侧齿轮箱 6. 万向节 7. 变速箱 8. 旋耕集土装置 图 1-1 筑埂机结构简图机架上从前至后依次安装传动轴1，变速箱7，通过万向节3和6分别与侧齿轮传动箱2和5相连接，4和8分别是筑埂机的主要工作部件推压筑埂装置和旋耕集土装置。 工作时，筑埂机的动力是由拖拉机的动力输出轴来提供，通过万向联轴器与传动轴相连接，传动轴也是通过万向联轴器来和变速箱相连接，由变速箱通过万向联轴器与侧齿轮传动箱连接，从而来带动旋耕集土装置和推压筑埂装置工作。筑埂机筑埂一般要经过2 个工序：旋耕集土和推压筑埂。根据筑埂工序来设计旋耕集土装置和镇压装置。这2 个工作装置必须安装在机架之上，根据工序要求，取土装置在前，镇压装置在后。筑埂机工作时，旋耕集土装置将土聚集到推压筑埂装置，通过推压筑埂装置镇压土壤形成田埂。1.4 拖拉机的选择 选择40-80马力轮式拖拉机TS504四轮驱动。飞动(495大冲程）或江动JD4100发动机，12小时功率36.8KW，变速箱前进档8个，倒档4个，啮合套换档，后轮距可调，带有差速锁双作用离合器，力、位调节提升器、三点式悬挂。一组液压输出，全液压转向，双速动力输出轮胎。2 关键部件设计过程2.1 推压筑埂装置设计 根据农艺要求，田埂高度为250300 mm，埂底宽度为400600 mm，埂顶宽度为250350 mm。工作时，通过盘片和推压辊压实土壤成埂。如图 2-1 所示。1. 盘片 2. 推压辊 图 2-1 推压筑埂装置结构图推压筑埂装置的受力情况如图 2-2 所示。当推压筑埂装置作匀速运动时，在xoy 平面内平衡方程为 （2-1） （2-2） （2-3） 其中 （2-4） （2-5） (2-6) （2-7）假设N1=W1，N2=sinW2，1=2=1，则将式（2-4）、式（2-5）、式（2-8）、式（2-9） （2-8） （2-9） （2-10）代入式（2-6）、式（2-7）得 （2-11） （2-12）根据以上受力分析计算可以确定驱动力矩，完成推压筑埂装置的设计。注：以上各公式中字母所代表参数详见附录。 a.xoy 平面受力 b.zoy 平面受力 图 2-2 推压筑埂装置受力分析2.2 旋耕集土装置设计2.2.1 刀辊的结构图 2-3 为刀辊结构图：刀轴是用无缝钢管制成，刀轴的两端焊接轴头，刀轴上焊接刀座，刀座按照螺旋线排列焊接在刀轴上，通过刀座和螺栓来安装刀片。 1. 左轴头 2. 拦板 3. 刀座 4. 刀轴套 5. 右轴头图 2-3 刀辊结构示意图2.2.2 刀轴转速选定在筑埂机匀速工作的情况下，筑埂机所消耗的功率随着刀轴转速的增大而增大，比较理想的配合是较低的刀轴转速和较高的前进速度，这样功率消耗虽然增加了一些，但与此同时，筑埂的效率也提高了，仍然可以降低单位面积的功率消耗。近几年来看，刀轴转速降低的趋势更为显著。另外稻田筑埂机的旋耕刀轴转速一般在200-285r/min范围内，由于土地的比阻不同，筑埂机的旋耕刀轴转速也会因此而不同，粘性较大的土地比阻也较大，转速应该偏低一些。砂性土地的比阻相对较小，转速可适当偏高一些。为了提高筑埂机的工作效率，减少功率消耗，本设计稻田筑埂机旋耕刀轴转速选取200r/min。2.2.3 刀辊轴的选择与计算 刀辊轴可以选用实心或空心材料制造。空心轴能够在较低的重量下传递较大的扭矩，而且也可以较好的抵抗扭矩，各方面均可达到工作要求。空心轴的尺寸应该根据最大传递扭矩进行计算，并以扭曲应力来进行验算。通常最小截面系数在轴端处镗过管孔的位置是最小的。（下图2-4所示的c-c截面）图 2-4 轴端c-c截面扭转应力按下式计算： 式中 = = 当扭曲时，最小的截面系数。：为管子的外径 管的壁厚（管的内径） 轴端的花键选择应该根据最大比压和平均比压。当材料的硬度HRC35时，矩形端面花键上的最大比压应该小于20MPa。最大比压按下式计算： 式中 ：为花键轴的外径 ：为花键孔的内径 ：为花键的（平均）工作长度 ：花键的数量(1)刀辊轴的设计计算说明选择40Cr材料，调质处理，假设刀辊轴的外径=100mm。取内径=80mm圆锥滚子轴承的效率为=0.95，心轴上齿轮传动的效率为=0.98由=23.98KW =233r/min 得： = = 22.790.950.98=16.1kw=按最大比压少于20MPa，即 20MPa 来设计刀辊轴的直径。 =19.8620MPa扭曲应力验算 ： 其中：=（100-80）/2=3 =1.57783=20655.64 =74.34MPa=185MP故所设计的刀辊轴的直径满足要求。刀辊轴的外径为：=100mm刀辊轴的内径为：=80mm外花键的个数为：N=8外花键的平均工作长度为：=40mm2.2.4 旋耕刀的设计弯刀刀刃的设计包括切沟墙的侧切刃和切沟底的正切刃两部分。对于水田工作的稻田筑埂机而言，工作时候最容易发生的状况是刀轴缠草，为了使发生这种情况时候的严重程度减小，所以对弯刀的要求会更高。其刃口曲线的要求是：当弯刀工作时,先由侧切刃沿着纵向切削土地,并且是离轴心较近的刃口开始切割,由近及远,最后由正切刃横向切开土地。这样的切削过程能够把草茎压向未耕地。草茎和残茬即使没有被弯刀切断,也能够通过刃口曲线的合理形状使其从端部滑离弯刀,这样弯刀就不会缠草了，可以顺利的切削土壤，进行作业。2.2.5 旋耕刀的结构组成旋耕刀主要由侧切面、正切面、过渡面三个部分组成。侧切面有切开土垡，隔断或抛开草茎、残茬的功能；正切面除切土功能外还具有碎土、翻土和抛土等功能。2.2.6 侧切刃的设计我们国产的各种弯刀，侧切刃均为等距离螺旋线，也称阿基米德螺线。其方程为： （2-13） 螺线起点的极径（mm）； 螺线极角每增加1弧度，极径的增量(mm)； 螺线上任意点的极角（rad）；螺线终点处的极径： (2-14)在确定、及 值后可求出值： = （）/ (2-15)螺线起点的极径 是为了避免无刃部分切土。可由下式求得 = (2-16)式中：S 切土节距； 设计耕深（为本设计中的最大耕深）； 弯刀回转半径，为了使阻扭矩减小，应该在同时满足耕深要求和结构许可的条件下，选用较小的尺寸。根据经验公式计算出S: =60000 =600002.17(2002.5)=260mm (2-17)式中 旋耕机的前进速度 取=2.17 刀轴转速 同一切割小区内的弯刀 取=2.5=螺线终点处的极径；为了使螺旋线能够与正切刃圆滑过渡，取值通常比弯刀回转半径小10-20mm；=230mm螺线终点的极角:可由下式求得： =（ -）/ (2-18)式中为螺线终点处的滑切角，常取5060；这样可得：=(230-120.83)/230*=0.3323rad；=(230-120.83)/0.3323=320.52mm将代入式 ，并从0到之间分成若干份，顺序选定若干代入该式，分别求出对应的，即可作出侧切刃螺线。螺线的静态滑切角（刀刃的曲线角）即刀刃上某一点的极径与该点切线之间的夹角。其数值应当满足不缠草和旋耕阻力小的原则，即: 90-式中 根茎对刀刃的摩擦角。2.2.4 正切刃曲线设计 正切刃曲线是空间曲线，为了能够使沟底比较平整，正切刃曲线位于刀滚的圆柱面上。该曲线在侧视图上其投影为圆弧，两段刃口间以圆弧线相连接。2.2.5 刀座的轴向间距和刀的总数刀通过1刀座固定在刀轴上，刀座用16Mn钢板冲压成二半，套和后焊接而成，也可用精密铸造制成。由于旋耕刀切土时刀端撕裂附近的土层，因此，刀座的间距b可较弯刀工作幅宽b为大。 b=b+b() b常取1520每台旋耕机上安装的弯刀总数Z可按下试计算 Z=1000BZb试中 Z为取偶数 Z为旋耕轴上旋耕刀总数 B为筑埂机耕幅，对中间传动的筑埂机来说，B为左右刀滚的耕幅之和 计算得b=500 b=480 Z=18 2.2.6 旋耕刀的选择根据以上对旋耕刀正切刃曲线、侧切刃曲线和旋耕取土的农艺要求的分析，查阅农业机械学手册选取IS-245型号的旋耕刀。耕深160mm，回转半径245mm。2.3 锥齿轮箱设计如图 2-5 为锥齿轮箱示意图1 轴承盖 2. 油封 3.圆螺母 4. 轴承座 5. 大锥齿轮 6. 螺栓 7. 滚子轴承 8. 螺栓 9. 小锥齿轮 10. 螺钉图2-5 齿轮箱示意图2.3.1 圆锥齿轮强度计算(1)按齿面接触强度设计传递功率P = 47.9kw 传动比 u = 3.14由于该对齿轮为闭式传动，闭式传动可以按照齿面接触强度进行计算。 （2-19） 载荷系数 K=1.6转矩 Nmm传动比 u=2.14齿轮接触疲劳极限 齿轮接触强度安全系数 设计齿轮许用接触应力 大端模数 圆整 大端分度圆直径 分锥角 外锥距 齿宽系数 齿宽 取b=44mm实际齿宽系数 中点模数 中点分度圆直径 (2)锥齿轮校核a.锥齿轮齿面接触疲劳强度校核式 （2-20）式中使用系数 动载系数 齿向载荷系数 端面载荷系数 节点区域系数 中点区域系数 弹性系数 螺旋角系数 锥齿轮系数 再和分配系数 许用接触应力 计算接触应力比较得 结果： 校验通过。b.锥齿齿根弯曲疲劳强度校核 计算公式 （2-21）为计算应力，为许用应力数值同前。复合齿形系数 重合度系数 齿根抗弯强度的锥齿轮系数 载荷分配系数 弯曲应力计算值 齿根许用弯曲应力 比较得 结果： 校核通过。2.4 侧齿轮传动箱齿轮的设计与校核如图 2-6 为侧齿轮传动箱示意图图 2-6 侧齿轮传动箱结构示意图2.4.1 齿轮的材料、精度和齿数选择 根据同类型结构，大小齿轮构造选用20CrMnTi表面渗碳淬火1P98表7-1硬度HRC选用5662HBS1P98表7-1齿轮精度用8级，轮齿表面粗糙度为Ra1.6硬齿面闭式传动，失效形式为点蚀 Z3=15 Z4=23 i=2.4.2 齿轮的设计计算(1)没计准则 按齿轮齿面接触疲劳强度设计，再按齿根弯曲疲劳强度校核；(2)按齿面接触疲劳强度设计；1P108式（7-9） （2-22） 选取材料的接触疲劳极限应力为：1P100图7-6 选取材料的弯曲劳极限应力为：1P100图7-7 应力循环次数N由1P102式7-3计算 由1P107108式计算得 则接触疲劳寿命系数1P102图7-8ZN1=1 ZN2=1弯曲疲劳寿命系数1P102图7-9 YN1=YN2=1 由1P102表7-2查得接触疲劳安全系数SHmin=1, 弯曲疲劳安全系数SHmin=1.4,又YST=2.0,试选Kt=1.3; 由1P99式7-1,7-2求许用接触应力和弯曲应力； 1P104查图7-10得KV=1.031P103由表7-3得KA=1.351P105由表7-4得，1P103由式7-5 修正1P112表7-6取得标准模数m=7mm； 由于要保证耕深，提高承载能